基于Yii2框架的《正常人體功能》課程教育云平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

李琨 賈立偉 石曉明

摘要：為了解決目前醫(yī)學(xué)高專院校醫(yī)學(xué)專業(yè)課學(xué)習(xí)中存在的問題，該文結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教育模式理念，基于Yii2框架創(chuàng)建滿足醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)需求的《正常人體功能》課程教育云平臺，為積極探索“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式的實踐之路提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：Yii2框架；正常人體功能；校園私有云

中圖分類號：TP391.9 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）08-0051-03

1引言

由于醫(yī)專院校專業(yè)課的學(xué)習(xí)普遍存在著時間緊、任務(wù)重、實驗器材不足等問題，致使教學(xué)和學(xué)習(xí)效果難以達到“高水平醫(yī)學(xué)技能型人才”的培養(yǎng)目標(biāo)[1]。隨著云計算、虛擬現(xiàn)實等計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為信息技術(shù)與教學(xué)模式的深度融合提供了技術(shù)支持，為實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式的廣泛應(yīng)用提供了可行的解決方法。

近些年來，我國在教育云方面的研究與探索也在積極地實踐著，但適用于醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的教育云平臺產(chǎn)品比較少。因此，本文結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教育模式理念，基于Yii2框架創(chuàng)建滿足醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生需求的《正常人體功能》課程教育云平臺。

2 Yii2框架概述

目前使用PHP語言開發(fā)Web應(yīng)用的主流開源框架有Laravel、Yii等。Yii框架相比于其他框架來說，具有更加高效、簡單的開發(fā)流程。它是一個高性能、安全、專業(yè)的全棧開源Web開發(fā)框架，可以用于快速開發(fā)各種使用PHP語言構(gòu)建的中大型Web應(yīng)用。

Yii框架實現(xiàn)了MVC設(shè)計模式，每個應(yīng)用都通過唯一的一個入口腳本web/index.php文件接受Web 請求并創(chuàng)建控制器實例，該控制器實例創(chuàng)建相應(yīng)的動作實例，在該請求通過系統(tǒng)驗證之后，則執(zhí)行該動作實例。該動作實例再執(zhí)行過程中會加載相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型并渲染相應(yīng)的視圖組件返回給相應(yīng)的請求用戶。Yii當(dāng)前包括1.1和2.0這兩個版本，本文采用2.0版本中的basic版本作為系統(tǒng)的開發(fā)框架。

3基于Yii2框架的正常人體功能課程教育云平臺的設(shè)計

3.1教育云平臺的基本需求

1）系統(tǒng)中擁有DBA、教師、學(xué)生三類用戶。系統(tǒng)管理員是擁有最高操作權(quán)限的教師，可對數(shù)據(jù)庫中的所有表進行CRUD操作。

2）教師用戶擁有對開課學(xué)生信息和所開設(shè)的課程所有管理權(quán)限，如開課學(xué)生信息的CRUD操作、設(shè)置課程章節(jié)、發(fā)布課程章節(jié)教學(xué)視頻和資源、回復(fù)學(xué)生提問、發(fā)送通知等功能。

3）學(xué)生用戶除了可以學(xué)習(xí)課程內(nèi)容以外，還擁有教學(xué)資源下載、收藏課程、發(fā)表課程評論和提問的權(quán)限。

4）由DBA承擔(dān)此評論或問題審核功能任務(wù)。學(xué)生對課程發(fā)表的評論或問題先通過審核后才能發(fā)布。

3.2 教育云平臺的功能模塊設(shè)計

根據(jù)需求分析和對系統(tǒng)的整體設(shè)計，該教育平臺主要可分為用戶和權(quán)限管理、課程管理、評論/提問管理以及通知管理四個功能模塊（如圖1所示）。

1） 用戶管理模塊包括DBA信息管理、教師信息管理、學(xué)生信息管理和用戶權(quán)限管理四個子模塊。其中權(quán)限管理模塊使用Yii2框架自身提供的基于角色的權(quán)限管理模塊，通過給三類用戶分配不同的操作角色來獲得相應(yīng)的操作權(quán)限。

2） 課程管理模塊包括課程信息管理、課程章節(jié)管理、選課信息管理、開課信息管理以及課程資源管理等子模塊。其中課程章節(jié)管理模塊除可以對課程章節(jié)的組織結(jié)構(gòu)進行管理以外，還包括在線學(xué)習(xí)視頻或三維圖形文件的CRUD操作。

3） 評論/提問管理模塊包括評論/問題管理以及評論/問題回復(fù)管理兩個管理子模塊。其中DBA可對學(xué)生提交的課程問題或評論進行審核；而評論/問題回復(fù)管理是對教師針對評論/問題回復(fù)信息的管理。

4） 通知管理模塊的主要功能是對教師所發(fā)布的通知進行集中管理的子模塊，用以實施通知信息的CRUD操作。

3.3教育云平臺的概念模型和邏輯模型設(shè)計

根據(jù)需求分析和功能模塊的設(shè)計結(jié)果設(shè)計教育云平臺的概念模型（如圖2所示）。由于Yii2框架提供了基于角色的存取控制機制，只需配置參數(shù)后進行數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)遷移即可自動生成權(quán)限管理的關(guān)系模型。根據(jù)教育云平臺的概念模型，將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的關(guān)系邏輯模型。本系統(tǒng)的關(guān)系邏輯模型設(shè)計如下（此處僅列出關(guān)鍵屬性）：

l學(xué)生（學(xué)生ID，姓名，密碼，Email，添加時間，…）

l教師（教師ID，姓名，密碼，職稱，Email，添加時間，部門ID，…）

l課程（課程ID，課程名，課程信息，…）

l部門（部門ID，名稱，描述，…）

l教學(xué)資源（資源ID，名稱，存放地址，…，課程ID）

l章節(jié)（章節(jié)ID，名稱，…，課程ID）

l媒體（媒體ID，名稱，存放地址，…，章節(jié)ID）

l角色權(quán)限（角色權(quán)限名，類型，描述，…）

l授權(quán)（角色權(quán)限名，用戶ID，創(chuàng)建時間，…）

l通知（通知ID，學(xué)生ID，教師ID，通知內(nèi)容，是否已讀，…）

l評論（評論ID，學(xué)生ID，課程ID，評論內(nèi)容，是否審核，…）

l選課（學(xué)生ID，課程ID，選課時間，…）

l收藏（學(xué)生ID，課程ID，收藏時間，…）

l講授（課程ID，教師ID，開課時間，…）

l提問（問題ID，學(xué)生ID，課程ID，教師ID，是否審核，問題內(nèi)容，回復(fù)內(nèi)容，…）

4 《正常人體功能》課程在教育云平臺中的部署

4.1 WebGL技術(shù)在《正常人體功能》課程中的應(yīng)用

由于各課程大部分都采用章節(jié)教學(xué)視頻的方式來組織，故在進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，在“媒體”關(guān)系模式中僅使用“播放地址”字段來指明某一章節(jié)教學(xué)視頻所存放的位置。可是對于《正常人體功能》這門課程來說，除了可以使用視頻來組織教學(xué)以外，還可使用WebGL技術(shù)[2]所創(chuàng)建的三維人體虛擬模型進行教學(xué)，但此類教學(xué)資源需要用到3D模型文件、材質(zhì)文件和貼圖文件三類文件。所以為處理一個字段指明三類文件存放位置的問題，本平臺在該類教學(xué)資源文件上傳時，自動按章節(jié)將這三類文件存放在同一個目錄中，并使用同一主文件名命名，利用文件擴展名區(qū)分各文件。在后臺數(shù)據(jù)庫中，“媒體”關(guān)系模式的“播放地址”字段存放的是3D模型文件的位置地址，瀏覽器在對模型文件渲染時首先找到對應(yīng)的3D模型文件，再在該文件所在的目錄中，根據(jù)文件名搜索其他兩類文件，找到后完成3D模型文件在網(wǎng)頁端的渲染顯示任務(wù)。由于在網(wǎng)頁端顯示視頻和3D模型文件這兩類教學(xué)資源的方式不同，故前臺課程學(xué)習(xí)頁面要根據(jù)相應(yīng)的文件資源類型進行判斷。若文件類型是教學(xué)視頻資源文件，則可利用播放器插件直接讀取視頻資源，否則按上述渲染三維虛擬人體模型的方法在網(wǎng)頁中顯示。

4.2 《正常人體功能》課程在教育云平臺中的部署應(yīng)用

此外，該教育平臺是部署在基于OpenStack框架實現(xiàn)的私有云平臺上的實例，為減輕重裝系統(tǒng)給DBA所造成的麻煩。在該教育平臺在部署上線之前，先為其制作操作系統(tǒng)環(huán)境鏡像。本實例采用CentOS-7-x86_64-Minimal版操作系統(tǒng)、Apache服務(wù)器和Mariadb數(shù)據(jù)庫的LAMP組合方案制作系統(tǒng)環(huán)境鏡像。其手動制作系統(tǒng)鏡像步驟如下：

1）下載CentOS-7-x86_64-Minimal鏡像文件到OpenStack控制器節(jié)點中。

2）使用qemu-img命令創(chuàng)建一個格式為qcow2的空鏡像文件。

3）使用virt-install命令并使用CentOS-7-x86_64-Minimal鏡像文件啟動虛擬機安裝，通過設(shè)置name、disk、network、os-type、location等參數(shù)指明虛擬機系統(tǒng)名、磁盤類型、虛擬機網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)類型和CentOS-7-x86_64-Minimal.iso鏡像文件位置。

4）按照CentOS操作系統(tǒng)的安裝步驟依次完成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)配置、默認(rèn)的LVM分區(qū)設(shè)置、root用戶密碼設(shè)置等內(nèi)容，待系統(tǒng)安裝完成后重啟系統(tǒng)。在重啟之后，在OpenStack控制器節(jié)點中運行virsh命令彈出磁盤鏡像并再次重啟系統(tǒng)。

5）為了使OpenStack管理程序能夠重啟或關(guān)閉實例，需在鏡像主機中安裝acpid服務(wù)并設(shè)置開機自啟動。

6）一個實例在啟動時必須與元數(shù)據(jù)進行交互才能啟動執(zhí)行多個任務(wù)（比如實例需要獲取ssh公鑰和用戶的數(shù)據(jù)腳本），因此需要在鏡像主機中安裝cloud-init服務(wù)。

7）安裝cloud-utils-growpart軟件包以使得root分區(qū)可以調(diào)整到合適的大小。

8）為了使實例能夠訪問元數(shù)據(jù)服務(wù)，鏡像主機必須使用“echo "NOZEROCONF=yes" >> /etc/sysconfig/network”命令禁用zeroconf路由，并將網(wǎng)卡設(shè)置為開機自啟和動態(tài)分配IP地址。

9）為了能夠讓nova console-log命令在CentOS7上正常工作，需要在鏡像主機上編輯/etc/default/grub文件，并對GRUB_CMDLINE_LINUX選項進行配置，然后運行“grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg”命令保存更改。

10）在鏡像主機中使用virt-sysprep程序刪除MAC地址引用，以保證每次鏡像啟動時，虛擬網(wǎng)卡都具有不同的MAC地址。

11）在鏡像主機中安裝httpd服務(wù)、mariadb服務(wù)器、php環(huán)境并設(shè)置它們開機自啟，設(shè)置防火墻開啟22、80端口并關(guān)閉selinux設(shè)置。

12）在取消定義libvirt域并關(guān)閉系統(tǒng)之后，使用virt-sparsify命令對鏡像文件進行壓縮后，即可將該鏡像上傳至glance服務(wù)的鏡像服務(wù)中使用。

在系統(tǒng)環(huán)境鏡像制作完成之后，使用該活動鏡像創(chuàng)建虛擬機實例。使用FileZilla客戶端通過22端口連接到虛擬機實例中，將教育平臺上傳至/var/www/html文件夾下并設(shè)置項目文件夾的使用權(quán)限，隨后在mariadb服務(wù)器中導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫定義文件，即可完成教育云平臺在私有云平臺上的部署。

5總結(jié)

本項目基于Yii2的PHP開發(fā)框架創(chuàng)建滿足醫(yī)專院校學(xué)生學(xué)習(xí)需求的《正常人體功能》課程教育云平臺，該平臺是一套集備課、授課、資源分享、三維人體仿真于一體的教育云平臺。目前該平臺仍屬實驗階段，待后期硬件設(shè)備采購?fù)瓿芍螅賹⑵溥M行大規(guī)模部署，真正實現(xiàn)線上、線下雙學(xué)習(xí)的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”教育模式。

參考文獻：

[1] 李琨， 賈立偉， 賈福運. “互聯(lián)網(wǎng)+”時代下Web3D技術(shù)給醫(yī)學(xué)高職高專教學(xué)改革帶來的機遇與挑戰(zhàn)[J]. 甘肅科技， 2017（20）：48-50.

[2] 李琨， 賈立偉， 石曉明. 基于WebGL技術(shù)的醫(yī)學(xué)虛擬實驗室的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 電腦知識與技術(shù)， 2017（23）.

【通聯(lián)編輯：光文玲】